ARM授课总结内容..docVIP

一、二进制 莱布尼茨发明了二进制，并初步判断了二进制可以用于计算。布尔提出了布尔代数，说明了二进制的运算规则，可以用来进行任何计算。 在数字电路这门课程中，可以看到，使用电子器件很容易实现二进制及其运算。 二、对计算机的认识 计算机，实际是一种自动化计算装置，其历史悠久。 现代计算机，是冯.诺依曼在前人经验上提出的。他将计算机划分为五个组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。运算器和控制器组成了CPU。这种组成结构，被称为冯.诺依曼体系结构。其关键为： 程序存放在存储器 控制器起着全局控制管理作用。 从存储器中，取出一条指令，送到运算器中进行处理。周而复始，直到最后一条指令执行完毕。 三、对CPU的认识 CPU内部包括了许多部件，比较重要的有ALU、CU、流水线、缓存、片内总线、ICE、寄存器。这些部件，有些是程序员在工作中所特别关心的（称之为可见的、不透明的）。 对于绝大多数程序员来说，主要关心的是寄存器及其功能作用。对于系统程序员来说，他们还要关心MMU，cache，TCM。 不同体系结构的CPU，寄存器的类型与作用有所不同。 对于ARM CPU来说，寄存器分为：通用寄存器、状态与控制寄存器（程序状态寄存器）、指令指针寄存器（程序计数器）。 ARM CPU共有37个寄存器（32位）：31个通用寄存器，6个状态寄存器。 通用寄存器的作用：存放数据。这个数据，分为两种类型：第一种是直接进行算术逻辑运算的数据；第二种，是数据在存储器的位置或地址（在C语言中，又叫做指针）。 状态与控制寄存器（程序状态寄存器）的作用：当CPU进行一次计算后，得到一个结果。这个结果对CPU后续的运行有影响。因此，状态与控制寄存器就必须把影响给记录下来。 指令指针寄存器（程序计数器）的作用：下一条要运行的指令在存储器的位置（地址）。 ARM CPU可以工作在7种工作模式之一：用户、系统、管理、中止、未定义、中断、快中断。管理、中止、未定义、中断、快中断这5种合称为异常模式。除了用户模式以外，其它6种模式合称为特权模式。将CPU的工作模式进行细分，是为了保护系统的安全性，提高系统的性能。 R0～R7、R15，是7个工作模式所共用的。 R8～R12，有2套，快中断使用1套，其它6个工作模式共用1套。 R13～R14，共有6套，用户模式和系统模式共用1套，其它每个工作模式分别使用1套。 CPSR，只有1个，由所有的工作模式所共用。 SPSR，有5个，管理、中止、未定义、中断、快中断这5个工作模式各自有1个。 子程序间通过寄存器R0～R3来传递参数。这时，寄存器R0～R3可记作a0～a3。 在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。这时，寄存器R4～R11可以记作v1～v8。 寄存器R12用作过程调用中间临时寄存器，记作IP。 寄存器R13用作堆栈指针，记作SP。 寄存器R14称为连接寄存器，记作LR。它用于保存子程序的返回地址。 寄存器R15是程序计数器，记作PC。 四、对存储器的认识 在冯.诺依曼体系结构中，程序和数据是存放在存储器中的。 这个存储器就是我们常说的内存。 在物理上，如果把程序和数据分别放在不同的存储器中，那么得到哈佛结构。 由于计算机只能处理二进制，因此存放在存储器中的程序和数据都是以二进制形式存在的。 在计算机组成原理中，我们知道，存储器与CPU是通过总线连接起来的。而且，存储器本身有很多的组合方式。 不过，对于程序员来说，在绝大多数场合中，我们都认为存储器的基本单位是1个字节（8 bit），或称为一个存储单元。 存储单元可以比做房间，存储单元里面的内容就是房间里面的人。 现在，对于每个存储单元，分别给一个编号（类似于房间号码）。这个编号，我们称之为地址（在语言中，又称为指针）。 编号的范围，不同的CPU有不同的规定。 对于32位ARM CPU，编号范围为0到232-1。这个范围称为地址空间。显然，这个空间是一维的线性空间。 连接存储器与CPU的硬件线路分为：数据总线、地址总线、控制总线。 我们说一个ARM CPU是32位的，那么数据总线共32根。一次可以读取32bit数据，即4个字节。当然，也可以只读取1个字节，2个字节（半字）。 不管是冯.诺依曼体系结构还是哈佛结构，程序和数据的地址都是处于同一个地址空间。 五、对外设的认识 CPU的速度远远大于外设的速度。 外设的种类非常多：按传输的数值类型来划分，可以分为模拟量和数字量；按一次传输数据的数量来划分，可以分为串行和并行；按对总线的占用方式来划分，可以划分为独占式（点对点式）和共享式。 为了保证兼容性、通用性、速度匹配，在CPU和外设之间专门设置一种电路部件，这种电路部件被称为接口电路。简称为接口。 通过接口，实现CPU与外设之间的数据传输，